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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2015, 31(9):183-189
过氧化氢酶（Catalase，简称 CAT），催化 H2O2
分解为 H2O 和 O2。目前 CAT 已广泛应用于食品、纺织、
造纸和医药等行业，其中在纺织染整工艺中主要用
于织物漂白后残余 H2O2 的消除，与传统化学工艺相
比，具有环境友好、面料后续印染质量高等优点［1］。
但值得注意的是，印染工序通常是在高温（T>70℃）
碱性（pH>9）的环境中进行的，这就需要 CAT 具备
嗜热嗜碱的应用特性。而目前市场上仍缺乏具备优
良纺织应用特性的 CAT［2］。
CAT 按蛋白催化中心的结构差异可分为两类 ：
（1）含铁卟啉结构 CAT，又称铁过氧化氢酶（FeCAT）；
（2）由锰离子代替铁离子的卟啉结构，又称锰过氧
化 氢 酶（MnCAT）［3］。 尽 管 目 前 已 发 现 的 CAT 中
85% 以上属于 FeCAT，但近年来研究发现个别来源
收稿日期 ：2015-01-06
基金项目 ：国家自然科学基金资助项目（31300048）
作者简介 ：王慧，女，硕士，研究方向 ：酶学 ；E-mail ：wanghui2014xy@126.com
通讯作者 ：王绍明，男，博士，研究方向 ：生态学 ；E-mail ：westwild@vip.sina.com
MntH 与含锰过氧化氢酶共表达基因工程菌的构建与
发酵优化
王慧1  崔云风1  刘岩2  史吉平2  赵志军2  王绍明1
（1. 石河子大学生命科学学院，石河子 832000 ；2. 中国科学院上海高等研究院，上海 201210）
摘 要 ： 构建 Mn2+ 转运蛋白 MntH 与来源于 Thermus thermophilus HB27 的含锰过氧化氢酶的共表达基因工程菌，并进行了发
酵培养基及培养环境条件的优化，确定培养基中最佳的碳氮源种类及其浓度分别为：甘油 7.0 g/L，酵母粉 3.75 g/L 和蛋白胨 11.25 g/L；
当培养基中的 Mn2+ 浓度为 1 mmol/L 时，最佳的 IPTG 诱导浓度为 0.05 mmol/L。此外，最佳的培养基初始 pH 值及培养温度分别为：
pH 8.0 和 37℃，在最优发酵条件下工程菌摇瓶发酵培养 24 h，过氧化氢酶活最高可达 476 U/mL 是未优化前 3 倍。在 5 L 发酵罐的
验证实验中，过氧化氢酶的酶活进一步提高至 1 094 U/mL。
关键词 ： 锰过氧化氢酶 ；转运蛋白 ；共表达 ；发酵优化
DOI ：10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.09.026
Construction of Co-expressed MntH and Mn-catalase Gene in
Escherichia coli and Optimization of Fermentation Conditions
Wang Hui1 Cui Yunfeng 1 Liu Yan2 Shi Jiping2 Zhao Zhijun2 Wang Shaoming1
（1. College of Life Science，Shihezi University，Shihezi 832000 ；2. Shanghai Advanced Research Institute of Chinese Academy of Sciences，
Shanghai 201210）
Abstract: Mn-catalase from Thermus thermophilus HB27 and Mn2+ transport protein MntH from Escherichia coli were co-expressed
in E. coli BL21（DE3）. The optimization of fermentation medium and environment for the production of Mn-catalase was carried out at the
shake flask level. The optimal carbon and nitrogen source were 7.0 g/L glycerine, 3.75 g/L yeast extract and 11.25 g/L peptone respectively.
The optimum induced concentration of IPTG was 0.05 mmol/L while the Mn2+ in media was 1 mmol/L. In addition, the optimal initial pH of the
medium and culture temperature were pH 8.0 and 37℃ respectively. Under the optimal conditions, the maximal activity of catalase reached 476
U/mL, which was 3-fold of the control. Finally, in a 5 L fermentor the activity of catalase increased to 1 094 U/mL.
Key words: Mn-catalase ；transport protein ；co-expression ；optimization of fermentation
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.9184
于高温碱性环境中古细菌的 MnCAT 具有嗜热嗜碱的
优良特性［4-8］。例如，本实验室在前期研究中首次
实现了 Thermus thermophius HB27 来源的 MnCAT 在
大肠杆菌中的异源活性表达，酶学性质研究表明，
该 Mn-CAT 在 80℃保温 2 h，酶活力不损失 ；在 pH
9.0-11.0 的环境中放置 2 h，残留酶活在 90% 以上，
具有良好的工业应用潜力［9］。但同时研究发现，该
菌株在发酵过程中需添加终浓度为 14 mmol/L MnCl2，
产酶量才达到最高值 25 U/mL［9］。由于 MnCAT 的
蛋白活性中心含有两个 Mn2+，因此在培养基中添加
Mn2+，对 MnCAT 三维结构的正确折叠具有关键作
用。然而过高浓度的 Mn2+ 也会对菌体生长产生抑制
作用，影响到后续的正常发酵 ；在这种情况下，通
过共表达 Mn2+ 转运蛋白 MntH 提高 Mn2+ 的吸收速
率，从而降低蛋白表达对培养基中高浓度 Mn2+ 的
需求，可能成为一种解决方案，因此本研究进一步
构 建 MntH 与 MnCAT 的 共 表 达 基 因 工 程 菌 E. coli
BL21（DE3）/pET28a-MnCAT/pACYC-mntH ；同 时，
考察共表达 MntH 蛋白后培养基中 Mn2+ 浓度变化对
MnCAT 活性表达的影响。此外，在摇瓶水平上还对
该菌株的发酵培养基及培养条件进行优化，并在 5 L
发酵罐中进行验证实验。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 菌 株 与 质 粒 重 组 大 肠 杆 菌 E. coli BL21
（DE3）/pET28a-MnCAT/pACYC-mntH， 标 记 为 EC-
01，由实验室构建保藏。
1.1.2 培养基 LB 培养基（g/L）：蛋白胨 10，酵母
粉 5，氯化钠 10。添加 1.5% 琼脂为 LB 固体培养基。
初始发酵培养基（g/L）：甘油 10，蛋白胨 10，酵母
粉 5，K2HPO4 12.54，KH2PO4 2.31，FeSO4·7H2O 0.01，
MgSO4·7H2O 0.5。
1.1.3 试剂 异丙基 -β-D- 硫代半乳糖苷（IPTG）、
卡那霉素（Kan）和氯霉素（Cm）等试剂购自上海
生工生物工程有限公司 ；酵母粉、蛋白胨购自 Oxoid
（英国）公司。其它试剂均为国产分析纯。
1.1.4 引 物 根 据 NCBI 数 据 库 中 E. coli BL21
（DE3）全基因组序列中的 mntH 基因序列设计引
物， 上 游 引 物 mntH_F 为 ：5-CATATGACGAACTA
TCGCGTTGAGAGTAGC-3（ 下 划 线 部 分 为 限 制 性
内切酶 Nde I 的识别序列）；下游引物 mntH_R 为 ：
5-CTCGAGCTACAATCCCAGCGCCGTC-3（ 下 划 线
部分为限制性内切酶 Xho I 的识别序列），引物由上
海生工生物工程有限公司合成纯化。
1.2 方法
1.2.1 重 组 表 达 质 粒 pACYC-mntH 的 构 建 与 鉴
定 以 E. coli BL21（DE3）的基因组 DNA 为模板，
利用引物 mntH_F 和 mntH_R，PCR 扩增基因 mntH
的 DNA 片段 ；割胶回收 PCR 产物，体外连接至载
体 pMD18-T，转化至菌株 E. coli DH5α 感受态细胞 ；
挑选阳性克隆，提取质粒 pMD18-mntH，酶切，电
泳鉴定后，由上海生工生物工程有限公司测序，对
测序结果进行分析。
质粒 pMD18-mntH 经 Nde I/Xho I 双酶切后，与
同样经 Nde I/Xho I 双酶切的载体 pACYCDuet-1 DNA
片段进行体外 T4 连接，转化至菌株 E. coli DH5α 感
受态细胞 ；挑选阳性克隆，提取质粒，双酶切电泳
鉴定后，送至上海生工生物工程有限公司测序，对
测序结果进行分析。
1.2.2 培养方法 种子培养：取 100 μL 保藏于 -80℃
甘油管中的菌液接入含 35 μg/mL Kan 和 12.5 μg/mL
Cm 的 LB 培养基中（50 mL 培养基 /250 mL 三角瓶），
于 37℃，200 r/min 培养 8-10 h。
发酵培养 ：将培养 8-10 h 的种子以 5% 的接种
量接入含 35 μg/mL Kan 和 12.5 μg/mL Cm 的发酵培
养 基（100 mL 培 养 基 /500 mL 三 角 瓶 ）， 在 37℃、
200 r/min 培养 24 h。
发酵罐培养 ：5 L 发酵罐中装发酵培养基 2.5 L，
接种量 10%，温度 37℃，初始搅拌转速 300 r/min，
自动流加氨水控制 pH 值在 7.0，发酵过程中通过调
控搅拌转速和通风量控制溶氧（DO）为 30%。
1.2.3 锰过氧化氢酶酶活的测定 参考文献［10］，
取 1 mL 发酵液于 12 000 r/min 离心 3 min，收集菌体，
用 50 mmol/L pH8.0 的 Tris-HCl 缓冲液洗涤两次，重
悬于 1 mL 相同缓冲液中，超声破碎 10 min（开 5 s，
关 9 s）后，离心所得上清液即为粗酶液。
采用分光光度法 37℃测定 CAT 的酶活力，反应
体积为 3 mL，包括 0.1 mL 的酶液样品和 2.9 mL 含
2015,31(9) 185王慧等：MntH 与含锰过氧化氢酶共表达基因工程菌的构建与发酵优化
10 mmol/L H2O2 的 50 mmol/L pH 8.0 Tris-HCl 缓冲液，
H2O2 的分解速率用紫外分光光度计在 240 nm 下测
定。酶活活力单位（U/mL）的定义为：在 37℃、pH 8.0
的条件下每分钟分解 1 μmol H2O2 所需的 CAT 酶量
为一个酶活单位。
2 结果
2.1 重组质粒pACYC-mntH的构建及验证
在转化平板上挑选单菌落，培养过夜后提取质
粒 pMD18-mntH，用限制性内切酶 Nde I 和 Xho I 进
行双酶切，得到长度分别约为 1 241 bp 和 2 699 bp
的两个片段，大小与预期值相符，测序结果显示与
NCBI 数据库中的 mntH 基因序列一致，表明重组质
粒 pMD18-mntH 构建正确。
利用限制性内切酶 Nde I 和 Xho I 分别双酶切质
粒 pMD18-mntH 和 pACYCDuet-1，连接转化后在平
板上挑选单菌落，培养过夜后提取质粒，进行双酶
切鉴定。如图 1 所示，DNA 凝胶电泳的结果与预期
值相符，表明重组质粒 pACYC-mntH 构建正确。重
组表达质粒 pACYC-mntH 物理图谱，见图 2 所示。
献［8］报道一致。
2.3 基因工程菌的发酵优化
将基因工程菌 EC-01 在 LB 培养基中活化过夜
后，按 5% 转接至含有含 35 μg/mL Kan 和 12.5 μg/mL
Cm 的发酵初始培养基中，对发酵条件进行优化，考
察培养基中的 Mn2+ 添加量、碳氮源、诱导条件、培
养温度、初始 pH 值等对基因工程菌发酵产 MnCAT
的影响。
2.3.1 Mn2+ 添 加 量 对 重 组 菌 发 酵 产 MnCAT 的 影
响 适量 Mn2+ 的存在是 MnCAT 蛋白晶体正确三维
构象的必要条件，但当 Mn2+ 浓度过高时会抑制菌株
的生长。在本研究中，当菌株 EC-01 在发酵培养基
中生长至 OD600 0.8-1 时，添加 0.1 mmol/L IPTG 进行
诱导培养，同时在培养基中分别填加 0、1、2、4、6、
8、10、12、14 和 16 mmol/L MnCl2，考察不同 Mn
2+
浓度对重组菌发酵产 MnCAT 的影响。
如图 4 所示，当培养液中的 Mn2+ 浓度范围为 1-6
mmol/L 时，重组菌发酵产 MnCAT 的活力较高，其
10000
bp
M 1
bp
5000 3952
1241
3000
1200
1000
500
100
M ：DNA Mark DL10000 ；1 ：pACYC-mntH 经 Nde I/Xho I 双酶切
图 1 重组质粒 pACYC-mntH 经 Nde I/Xho I 双酶切的琼
脂糖凝胶电泳
pACYC-mntH
5193 bp
lac I
Cm
MCS1
mnt H
T7 Pro T7 pro
P15A ori
Nde I
Xho I
图 2 重组质粒 pACYC-mntH 的物理图谱
2.2 mntH和MnCAT共表达基因工程菌的构建
菌株 E. coli DH5α/pACYC-mntH 在含 Cm 抗性的
LB 培养基中过夜培养，提取质粒 pACYC-mntH，并
将其转化至 E. coli BL21（DE3）/pET28a-MnCAT 的
感受态细胞中，从而获得 mntH 和 MnCAT 共表达基
因工程菌 BL21（DE3）/pET28a-MnCAT/pACYC-mntH，
标记为 EC-01。如图 3 所示，SDS-PAGE 分析验证
MntH 与 MnCAT 共表达，蛋白大小与理论值或文
116.0
bp
M1
bp
66.2
MntH
MnCAT
45.0
35.0
25.0
18.4
14.4
1 ：Supernatant of cell disruption ；M ：Protein Marker
图 3 重组大肠杆菌 EAC-01 的 SDS-PAGE 分析
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.9186
中当 Mn2+ 添加终浓度 1 mmol/L 时，最终所测得 CAT
酶活力可达 158 U/mL，且在 1-6 mmol/L Mn2+ 浓度范
围内，菌体的生长量基本相同。本研究在后续实验
中选择 1 mmol/L 低浓度的 Mn2+ 添加量。
2.3.2 碳源对重组菌发酵产 MnCAT 的影响 碳源
是菌体合成自身骨架的主要物质，是影响菌体生长
和外源基因表达的关键因素之一。本实验中菌株
EC-01 在碳源分别为总摩尔数相同（以 10 g/L 的甘
油为基准）的可溶性淀粉、蔗糖、乳糖、葡萄糖、
麦芽糖和甘油培养基中培养，考察不同碳源对发酵
产 MnCAT 的影响。
如图 5 所示，菌株 EC-01 对 6 种碳源的利用情
况差异较大，当分别以甘油、葡萄糖、可溶性淀粉
为单一碳源时，菌体培养 24 h 后的生长量均较高，
麦芽糖次之，而蔗糖为碳源时菌体生长量最低 ；就
产酶情况而言，以甘油为碳源时，检测到的 CAT 酶
活力最高，乳糖和蔗糖次之，因此确定甘油为最佳
碳源。在此基础上，进一步考察了不同甘油浓度对
菌体生长和产酶的影响。
由图 6 所示，当甘油浓度为 7 g/L 时，检测到的
酶活力最高，达到 183 U/mL ；随着甘油添加量的增
加，菌体的生长量缓慢降低，产酶量也呈下降趋势。
0 1 2 4 6 8 10 12 14 16
0
4
8
12
16
20
O
D
60
0
OD600
M
nC
AT
e
nz
ym
e/
U·mL-1 
Mn2+⎃ᓖ/mmol·L-1 04080120
160
200 MnCAT Activity
图 4 Mn2+ 浓度对重组菌生长及产 MnCAT 的影响
glycerine glucose sucrose lactose maltose starch
0
4
8
12
16
20
O
D
60
0
OD600
M
nC
AT
e
nz
ym
e/
U·mL-1 
Carbon sources
0
40
80
120
160
200 MnCAT Activity
图 5 碳源种类对重组菌生长及产 MnCAT 的影响
2 5 7 10 13 16 20
0
4
8
12
16
20
O
D
60
0
OD600
M
nC
AT
e
nz
ym
e/
U·mL-1 
Glycerine/g·L-1 0306090120
150
180
210 MnCAT Activity
图 6 甘油浓度对重组菌生长及产 MnCAT 的影响
2.3.3 氮源对重组菌发酵产 MnCAT 的影响 菌株
EC-01 以甘油为碳源，分别以总氮摩尔数相同（以
初始培养基中的蛋白胨 10 g/L 和酵母粉 5 g/L 为基
准）的 NH4Cl、（NH4）2SO4、NaNO3、尿素、蛋白胨、
酵母粉和玉米浆作为氮源，考察不同氮源对发酵产
MnCAT 的影响。
由图 7 所示，以蛋白胨为氮源时菌体的产酶量
较高 ；而当以酵母粉为氮源时，菌体的生长量最大 ；
对照培养基中采用蛋白胨和酵母粉复合氮源，此时
菌体的生长量和 MnCAT 产量均比较高 ；而以其它物
质作为单一氮源时，菌体的生长量和产酶量均受到
严重影响。在此基础上，进一步考察了在质量总量
相同的情况下，考察了不同比例的酵母粉∶蛋白胨
Contro
l
NH4C
l
(NH4)2
SO4NaNO3 Ure
a
Pepton
e
Yeast
Extrac
t
Corn s
teepw
ater
0
4
8
12
16
20
O
D
60
0
OD600
M
nC
AT
e
nz
ym
e/
U·mL-1 
0
40
80
120
160
200
Nitrogen sources
MnCAT Activity
图 7 氮源种类对重组菌生长及产 MnCAT 的影响
2015,31(9) 187王慧等：MntH 与含锰过氧化氢酶共表达基因工程菌的构建与发酵优化
配 比（1∶1，1∶2，1∶3，1∶4，1∶5） 对 菌 体 生
长和产酶的影响。
由图 8 所示，当酵母粉和蛋白胨的复配比例为
1∶1 时，菌体的生长量最高 ；而当酵母粉和蛋白胨
的复配比例为 1∶3 时，菌体的产酶量最高，检测酶
活可达 223 U/mL，是对照复配比 1∶2 条件下的 1.2
倍。综合考虑，在后续的实验中选择酵母粉和蛋白
胨的复配比例为 1∶3。
体的毒性作用也逐渐显现 ；当 IPTG 浓度大于 0.05
mmol/L 时，菌体的生长量和产酶量均开始下降，因
此，最佳的 IPTG 诱导浓度为 0.05 mmol/L。
2.3.5 初始诱导菌体浓度对重组菌发酵产 MnCAT 的
影响 由于 IPTG 具有一定的生理毒性，添加至培养
基中时会对菌体的正常生理代谢活动产生影响，因
此在添加 IPTG 前，先让菌体生长至一定菌浓，将有
助于重组酶的活性表达。本实验分别选取菌株生长
至 OD600 为 1、5、10 时， 添 加 0.05 mmol/L IPTG 进
行诱导培养，这 3 个 OD600 值分别处于菌体生长的
延滞期、对数生长前期和对数生长后期。
由图 10 所示，改变初始诱导菌体浓度后，菌
体的生长量变化不大，但对菌体的产酶量影响显著。
当初始诱导菌体浓度为 5 时，检测到 CAT 酶活值达
到 378 U/mL，是对照条件下（初始诱导菌体浓度为 1）
时 1.7 倍，可见在对数生长前期进行 IPTG 诱导发酵，
产酶效果最佳。
1:1 1:2 1:3 1:4 1:5
0
4
8
12
16
20
Yeast extract/Peptone (wt/wt)
O
D
60
0
OD600
M
nC
AT
e
nz
ym
e/
U·mL-1 
0
50
100
150
200
250 MnCAT Activity
图 8 酵母粉和蛋白胨复配比例对重组菌生长及产 MnCAT
的影响
2.3.4 IPTG 浓 度 对 重 组 菌 发 酵 产 MnCAT 的 影
响 IPTG 作为诱导剂，其浓度对重组蛋白的合成速
率和表达水平具有重要影响，本实验选择 IPTG 诱导
浓 度 分 别 为 0.02、0.05、0.08、0.1、0.15、0.3、0.5
mmol/L，考察 IPTG 浓度对发酵产 MnCAT 的影响。
由 图 9 所 示， 尽 管 随 着 IPTG 浓 度 的 增 加，
MnCAT 的诱导表达强度会逐渐增强，但 IPTG 对菌
0.02 0.05 0.08 0.1 0.15
0
4
8
12
16
20
IPTG concentration/mmol·L-1OD 600
OD600
M
nC
AT
e
nz
ym
e/
 U·mL-1 
0
40
80
120
160
200
240
280 MnCAT Activity
图 9 IPTG 浓度对重组菌生长及产 MnCAT 的影响
1 5 10
0
4
8
12
16
20
Initial induction cell densityOD600OD 600
OD600
M
nC
AT
e
nz
ym
e/
U·mL-1 
0
80
160
240
320
400
480 MnCAT Activity
图 10 初始诱导菌体浓度对重组菌发酵生产 MnCAT 的影响
2.3.6 温度对重组菌发酵生产 MnCAT 的影响 当
重组菌 EC-01 在 37℃培养至 OD600 约为 5 时，添加
0.05 mmol/L IPTG， 分 别 选 择 25℃、30℃、37℃ 和
42℃诱导培养，考察不同诱导温度对重组菌发酵生
产 MnCAT 的影响。
如图 11 所示，当采用 37℃进行诱导发酵时，
菌株的产酶量最高，酶活分别是 30℃和 42℃的 4.1
倍和 1.2 倍 ；当采用 25℃进行诱导发酵时，菌株基
本不产 MnCAT。
2.3.7 初始 pH 值对重组菌发酵生产 MnCAT 的影
响 改变发酵培养基的初始 pH，从而考察不同初始
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.9188
pH 对菌体生长和产酶的影响。如图 12 所示，当初
始培养基 pH 为 8 时，菌体的生长量和产酶量均最高，
检测酶活性可达 476 U/mL。
目前，文献报道的 CAT 主要以 FeCAT 为主，其酶
学性质随筛选环境的不同而显示差异。例如，赵志
军等［10］从碱性纺织废水中筛选获得了产过氧化氢
酶菌株 Bacillus subtilis WSHDZ-01，其所产 CAT 的最
适 pH 范围为 pH 9.0-11.0，但最适温度范围为 30-
50℃，属于中温嗜碱酶。而 Zeng 等［11，12］筛选获得
一株产 CAT 的沙雷氏菌 SYBC08，其所产 CAT 的最
适温度范围为 50-70℃，但最适 pH 范围为 pH 6.0-
8.0 属中性酶。与这些 FeCAT 相比，一些来源于火
山口古细菌的 MnCAT 具有良好的嗜热嗜碱特性。
例 如， 来 源 于 Metallosphaera hakonensis 和 Thermus
thermophius 的 MnCAT 的最适 pH 最适温度均能满足
纺织印染工序环境条件（T>70℃，pH>9）的要求［7，8］。
值得的注意的是，尽管上述 MnCAT 的具有良好
的酶学特性，但该类酶目前报道的酶活值最高仅为
20-25 U/mL［9］，而已报道的 FeCAT 酶活值最高可达
50 369 U/mL［13］，这主要是由于该类 MnCAT 的原始
菌株筛选至火山口等恶劣环境中，原始菌株的规模
化培养存在困难，而其基因工程菌的构建与发酵优
化方面的研究才刚刚起步［6］。本研究结果表明，当
Mn2+ 转运蛋白 MntH 与来源于 Thermus thermophilus
HB27 的 MnCAT 的进行共表达时，培养基中添加少
量的 Mn2+ 就可以满足 MnCAT 蛋白正确折叠的需求；
而同时随着培养液中 Mn2+ 浓度的降低，可大幅降低
Mn2+ 对菌体正常生长的抑制作用，为后续的发酵条
件优化研究奠定基础。通过摇瓶培养基和培养条件
的优化，菌株的产酶量达到可达 476 U/mL，是优化
前（158 U/mL）的 3 倍，是单独表达 MnCAT 时酶活
（25 U/mL）的 19 倍 ；当将摇瓶最佳培养基及最佳培
25 30 37 42
0
4
8
12
16
20
⑙ᓖćOD 600
OD600
M
nC
AT
e
nz
ym
e/
U·mL-1 
0
80
160
240
320
400
480
MnCAT Activity
图 11 诱导温度对重组菌发酵生产 MnCAT 的影响
6 7 8 9
0
4
8
12
16
20
pH
O
D
60
0
OD600
M
nC
AT
e
nz
ym
e/
U·mL-1 
0
100
200
300
400
500
MnCAT Activity
图 12 初始 pH 对重组菌发酵生产 MnCAT 的影响
2.4 E. coli EC-01在发酵罐中的发酵产酶过程
根据摇瓶发酵优化的最佳营养及环境条件，选
择在 5 L 发酵罐中进行验证 ；发酵过程中当初始碳
源耗尽后，采用 pH-stat 方式进行了甘油的流加。如
图 13 所示，在发酵 0-6 h，菌株生长处于延滞期，
之后菌体进入对数生长期 ；当在对数生长期前期添
加 IPTG 进行诱导后，MnCAT 开始大量合成，在发
酵 12-18 h 期间 MnCAT 快速增加，之后进入缓慢增
加的状态，当发酵 30 h 时，菌体的产酶量最高，检
测酶活性可达 1 094 U/mL ；在发酵 30 h 以后，菌体
进入稳定期；在发酵 41 h 后，菌体生长进入了衰退期。
3 讨论
高温嗜碱过氧化氢酶是纺织工业清洁生产的一
种重要酶制剂，其菌种选育一直受到研究者的关注。
0 6 12 18 24 30 36 42 48
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/U·mL-1 Mn-CAT
图 13 重组菌株 EC-01 发酵产 MnCAT 的过程曲线
2015,31(9) 189王慧等：MntH 与含锰过氧化氢酶共表达基因工程菌的构建与发酵优化
养条件在 5 L 发酵罐中进行验证时，MnCAT 的酶活
值进一步提高至 1094 U/mL，为目前文献报道的大
肠杆菌表达该类嗜热耐碱含锰过氧化氢酶的最高酶
活水平。这些研究成果表明该类高温嗜碱 MnCAT 基
因工程菌在发酵优化方面仍有较大的提升潜力。
4 结论
本 研 究 成 功 构 建 了 Mn2+ 转 运 蛋 白 MntH 与
MnCAT 共表达的大肠杆菌基因工程菌，使得 MnCAT
在低浓度 Mn2+ 培养液中实现了高效活性表达 ；通过
单因素实验进一步优化了发酵培养基组分和发酵环
境条件，大幅提高了 MnCAT 的表达活性，增强了该
酶的应用前景。
参 考 文 献
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（责任编辑 李楠）